Atelier national sur les nuages polaires

24/06/2025 09:00

SIRTA / ICEO : Journée Scientifique 2025

24/06/2025 09:00

Evénement de clôture projet FAIR-EASE

12/06/2025 09:00

Numerical modeling of the spectral induced polarization response of closely packed metallic particles in sandcolumn experiments

23/06/2023 12:00

Dennis Kreith est doctorant en géophysique à l’université de Braunshweig.

Comment construire des connaissances sur le changement climatique avec des non spécialistes ?

21/06/2023 14:30

Valentin Maron est chercheur en didactique de la physique à l’Université Toulouse Jean Jaurès (EFTS, INSPE).

Biases in coupled models on Indian Ocean Climate

21/06/2023 11:00

Sebastian McKenna Coupled climate models such as those in the Coupled Model Intercomparison Project Phase 6 (CMIP6) suffer from biases in sea surface temperature (SST) which affect the representation of impactful climate phenomena. We investigate the surface layer heat budget to diagnose the processes leading to monthly climatological SST biases in historical simulation of 20 CMIP6 models.

IASI ammonia observations to study land-use change, soil – atmosphere exchange and the effect of meteorology

20/04/2023 14:00

L’ammoniac (NH₃) est la forme d’azote utilisable la plus abondante dans l’environnement et l’un des gaz principaux émis par l’agriculture. Le NH₃ contribue à la perte de biodiversité, aux épisodes de pollution par les particules fines (PM_2.5) et à l’acidification des surfaces d’eau et des sols. Depuis la révolution industrielle, les émissions d’ammoniac ont augmenté en continu, avec l’intensification de l’agriculture et de la demande alimentaire. Les concentrations atmosphériques devraient continuer à augmenter notamment à cause du réchauffement climatique.

Dans ma thèse, j’ai utilisé les mesures de la mission satellite IASI pour étudier l’évolution temporelle et spatiale de l’ammoniac dans différentes régions agricoles. J’ai d’abord étudié l’effet des fluctuations météorologiques sur les concentrations atmosphériques associées à différentes pratiques agricoles. Je me suis ensuite concentrée sur les échanges sol – atmosphère, pour dériver un facteur d’émission de NH₃, pendant la saison de croissance agricole en Europe.

Pour réaliser ces études, j’ai utilisé différents jeux de données : les données météorologiques provenant de la réanalyse (ERA5) de l’EUropean Organisation for the Exploitation of METeorological SATellites (ECMWF), la couverture terrestre et la surface brûlée provenant du sondeur MODIS embarqué Aqua et Terra satellites, et des données de simulation de modèle provenant du modèle de chimie-transport GEOS-Chem.

Enfin, j’ai étudié les fluctuations de l’ammoniac atmosphérique en Syrie, pour analyser l’impact du conflit sur les terres cultivées.

English

Ammonia (NH₃) is the most abundant usable form of nitrogen in the environment, and one of the main gases emitted from agriculture. NH₃ contributes to the loss in biodiversity, fine particulate matter (PM_2.5) pollution episodes, and acidification of the water and soil bodies.

Since the industrial revolution, ammonia emissions are constantly increasing, along with the increase in agricultural intensification and food demand. In my thesis I used measurements from the IASI mission to study the temporal and spatial evolution of ammonia in different agricultural regions.

I first studied the effect of meteorological fluctuations on atmospheric concentrations linked to agricultural practices. I then focused on the soil – atmosphere exchange to derive a soil emission factor of NH₃ during the growing season in Europe. To perform these studies, I used a variety of datasets: meteorological data from the EUropean Organisation for the Exploitation of METeorological SATellites (ECMWF) reanalysis (ERA5), land cover type and burned area from the sounder MODIS onboard the Aqua and Terra satellites, and model simulation data from the chemical-transport model GEOS-Chem.

Finally, I studied the fluctuations of atmospheric ammonia in Syria, to analyze the effect of conflict on agricultural activities.

Estimating methane sources and sinks in the Arctic using atmospheric data assimilation

13/01/2023 09:30

Résumé

L’Arctique est une région critique en terme de réchauffement climatique. Les changements environnementaux progressent déjà régulièrement aux hautes latitudes, ce qui accroît les émissions de méthane (CH₄). Le CH₄ étant un puissant gaz à effet de serre, des émissions supplémentaires provenant des régions arctiques pourraient intensifier le réchauffement climatique par une boucle de rétroaction positive. Diverses sources naturelles et anthropiques contribuent au bilan de CH₄ de l’Arctique, mais la quantification de ces émissions reste difficile.

Dans ce travail, une approche de modélisation inverse est utilisée pour estimer les sources et puits de CH₄ dans l’Arctique. L’objectif est de mieux comprendre et quantifier les émissions de CH₄ en étudiant leurs cycles saisonniers et leurs tendances au cours des dernières années. Le réseau d’observation actuel est analysé quant à sa capacité à contraindre correctement les sources de CH₄ et identifier les tendances émergentes de ces émissions.

Abstract

The Arctic is a critical region in terms of global warming. Environmental changes are already progressing steadily in high northern latitudes whereby, among other effects, a high potential of enhanced methane (CH₄) emissions is induced. With CH₄ being a potent greenhouse gas, additional emissions from Arctic regions may intensify global warming in the future by positive feedback. Various natural and anthropogenic sources are currently contributing to the Arctic’s CH₄ budget, however the quantification of those emissions remains challenging.

Therefore, in this work, an inverse modelling approach is applied to estimate CH₄ sources and sinks in the Arctic. The objectives are to better understand and quantify CH₄ emissions from various sources by studying their seasonal patterns and trends during recent years. Additionally, the current observation network is analysed regarding its capability to constrain CH₄ sources properly and identify emerging trends in CH₄ emissions.

Effet des fronts océaniques sur les communautés de plancton

16/12/2022 14:00

Les fronts océaniques sont des zones de transition entre des masses d’eaux aux propriétés physico-chimiques différentes qui sont associés à une circulation horizontale et verticale très dynamique. Des observations empiriques et des études de modélisation ont permis de montrer que l’apport vertical de
nutriments par la circulation cross-frontale stimule la production primaire et provoque l’augmentation de la biomasse d’un groupe de phytoplancton opportuniste, les diatomées, au niveau des fronts. Cependant les conséquences de cet apport de nutriments sur le reste de la communauté planctonique sont encore mal connues. Dans cette thèse, j’utilise à la fois des données empiriques et des simulations numériques pour caractériser l’effet des fronts sur l’ensemble de la communauté planctonique, incluant les autres groupes de phytoplancton (comme les cyanobactéries, les coccolithophores et les dinoflagellés) et le zooplancton.
Le modèle est une représentation simplifiée à haute résolution d’un courant de bord ouest (comme le Gulf Stream ou le Kuroshio) couplé au modèle d’écosystème DARWIN, qui inclut 30 types de phytoplancton répartis dans quatre groupes fonctionnels et 16 types de zooplancton. Les données empiriques ont été collectées dans la région de l’upwelling de Californie lors de transects à travers des fronts, et sont constituées de 24 groupes de plancton incluant des bactéries hétérotrophes, du phytoplancton et du zooplancton.

Je montre que la structure taxonomique et spatiale des communautés planctoniques frontales est extrêmement complexe, et qu’elle ne peut pas être expliquée uniquement par une augmentation de la croissance en réponse à l’apport de nutriments. A l’aide des simulations numériques, je montre que deux types d’interactions biotiques provoquent une diminution de la biomasse de certains groupes de phytoplancton dans les fronts : l’auto-ombrage, qui est une forme de compétition pour la lumière, et la
prédation partagée, qui est une forme de compétition indirecte entre deux proies partageant un prédateur commun. A l’aide des données in-situ, je mets en évidence deux caractéristiques des fronts qui étaient absentes des simulations numériques. Premièrement, l’échelle spatiale de l’organisation des communautés planctoniques à travers les fronts est beaucoup plus fine qu’on ne le pensait : les pics de biomasse des divers groupes de plancton sont très étroits et sont décalés de quelques kilomètres les uns par rapport aux autres. Ce résultat suggère que la structure des communautés planctoniques frontales est fortement influencée par des interactions biotiques et par le transport. Le rôle du transport sera exploré grâce à une collaboration sur les trajectoires Lagrangiennes des masses d’eau. Deuxièmement, les fronts ont un
effet spectaculaire sur certains organismes zooplanctoniques filtreurs qui ne sont pas représentés dans les modèles de plancton traditionnels, ce qui suggère que ces modèles devront être complexifiés afin de simuler correctement l’effet des fronts. Ainsi, les résultats que j’ai obtenus pendant cette thèse viennent
compléter et complexifier le modèle mécanistique établi lors de ces deux dernières décennies : loin d’être limités à la production de bloom de diatomées, les fronts sont le théâtre de couplages biophysiques complexes entre les interactions biotiques top-down et bottom-up et le transport par les courants qui génèrent
des communautés planctoniques à la structure taxonomique et spatiale originale. La modification de la structure des communautés planctoniques dans les fronts océaniques pourrait avoir des conséquences importantes sur les niveaux trophiques supérieurs et sur les flux biogéochimiques qui devront être précisées à l’avenir.